国内外泡沫铝吸能特性的研究进展

自1948年泡沫铝问世以来，人们对于泡沫铝的性能及应用研究就一直没有间断过。随着制备工艺的发展，人们逐渐认识到这种具有独特结构的材料具有特殊的性能和广阔的应用前景。目前，泡沫铝的研究主要体现在三个方面:①泡沫铝的制备；②泡沫铝的结构特征；③泡沫铝的性能及其应用。
国外关于泡沫铝吸能特性的研究较早。GJ.DAVIES对金属泡沫材料的制备、性能及其应用情况做了比较详细的阐述，介绍了渗流铸造法、粉末冶金法、烧结溶解法、熔体发泡法和电沉积法制备泡沫金属材料，针对泡沫金属机械性能、吸能性能、传热、隔音的性能，提出泡沫金属在吸收能量的减震器、电磁过滤器、吸音隔热板方面有着广泛的应用。JT.BEALS和M.S.THOMPSON研究了相对密度对泡沫铝压缩性能的影响，认为随着相对密度的增大，泡沫铝的力学性能也会相应增强；在相同应变量的条件下，相对密度高的泡沫铝吸收能量大于低密度泡沫铝，但是低密度的泡沫铝吸能效率高于高密度的泡沫铝T.Mukai和H.Kanahashi对泡沫铝的吸能特性进行了试验研究，试验结果表明泡沫铝的屈服极限受应变率的变化影响较大，应变率为2.5X10³s^-l的泡沫铝动态压缩吸能比应变率为1X10^-3s^-1的泡沫铝吸能高出约50%，证明泡沫铝的动态压缩吸能效果较静态压缩吸能效果好。M.Seitzberger和F.G.Rammerstorfer对填充了泡沫铝的钢管进行静态轴向压缩试验，表明填充了泡沫铝的钢管吸能性能有了明显的改善，证明填充了泡沫铝的钢管在轴向冲击压缩下具有卓越的吸能特性
相比国外的泡沫铝吸能特性研究，国内对于泡沫铝性能的研究更加具体。程涛对泡沫铝在汽车工业中的应用做了简单的概述，认为泡沫铝在汽车轻质结构、吸能结构、噪声控制及散热环保方面有着广泛应用，举例说明了典型的Cymat泡沫铝在轿车的冲击能量吸收机构、隔音减噪及轻量化方面的应用。重庆交通大学的徐东丰通过泡沫铝的静态压缩试验来研究泡沫铝的吸能特性，并把泡沫铝的吸能特性应用到桥墩上，用来吸收船和桥墩碰撞过程中的能量。湘潭大学的康颖安分别对开孔、闭孔泡沫铝在不同相对密度情况下进行静态和动态压缩试验，研究了泡沫铝在不同相对密度条件下的基本力学性能，为工程应用提供了更多的理论依据
国内对不同泡沫铝胞孔结构在冲击作用下的吸能效果进行了模拟仿真研究,但胞孔结构建模各不相同。太原科技大学的王艳丽用DEFORM-3D建立Kelvin模型，进行泡沫铝准静态压缩模拟试验，将泡沫铝压缩试验模拟结果与实际的压缩试验结果相比较发现，十四面体单元模型模拟结果与实际情况比较符合。王艳丽还用ANSYS/LS-DYNA软件建立闭孔泡沫材料简单立方单胞模型，在适当的边界条件下，在全密度范围内计算泡沫材料的屈服强度和杨氏模量，并将结果与已有的理论结构进行比较，用来说明建造的闭孔泡沫模型的有效性。太原科技大学的刘三星运用LS-DYNA有限元软件，运用幂函数塑性模型，对方形和圆形的胞孔单元模型进行冲击数值模拟，研究其冲击动力学性能。华中科技大学的魏鹏建立了不均匀结构、均匀结构、大孔缺陷结构的泡沫铝模型，运用ANSYS软件对建立的有限元模型进行仿真分析，得到泡沫铝的弹性模量和相对密度呈指数关系。